1. Теоретическая часть

1.1. Температурный режим горячей прокатки и его влияние на качество стали

Стали, предназначенные для изготовления листов, подвергаются го­рячей прокатке в области температур, где их микроструктура полностью состоит из аустенита. Во время охлаждения изделий после прокатки структура становится феррито-перлитной. При данных составах стали и скорости охлаждения существует корреляция между размером зерен аусте­нита и характерными размерами элементов структуры в феррито-перлитной смеси после фазового перехода. Если ограничиться лишь одной ее струк­турной составляющей – ферритом, то размер зерен феррита линейно зави­сит от величины исходных зерен аустенита. Таким образом, необходимо контролировать размер зерен аустенита. Конечной целью является умень­шение размера зерен феррита, что приведет к увеличению прочности и снижению критической температуры хрупкости. В настоящее время основным способом улучшения свойств сталей пос­ле горячей прокатки является нормализация. В то же время для достиже­ния необходимых свойств сталей, которые поставляются потребителю не­посредственно после прокатки без дополнительной термообработки, приме­няются сложные способы. Свойства таких сталей значительно лучше, чем свойства, которые можно получить в настоящее время с помощью нормали­зации. Такие способы обработки обычно называются контролируемой про­каткой.

Контролируемая прокатка представляет собой высокотемпературную обработку низколегированной и низкоуглеродистой стали и предполагает определенное сочетание основных параметров горячей деформации: температуры нагрева и конца прокатки; суммарной степени деформации и расп­ределения деформации по температуре; скорости охлаждения и т. д. В температурном интервале прокатки с контролируемым режимом деформаций в металле можно отметить три стадии изменения структуры. На первой ста­дии (t>950°C) в процессе деформации происходит рекристаллизация; на второй стадии (t<950°C) металл упрочняется вследствие измельчения структуры и повышения плотности дислокаций. На третьей стадии (t<900°C) рекристаллизация не успевает полностью завершиться, что при­водит к деформации нерекристаллизованных зерен аустенита и в итоге к еще большему измельчению структуры. При наличии в стали микролегирующих добавок ванадия, титана и особенно ниобия происходит дисперсионное твердение вследствие выделения избыточных фаз. Размер зерен феррита горячекатаной стали зависит от химического состава стали и совокупнос­ти технологических факторов: условий нагрева слябов под прокатку; тем­пературного режима прокатки (особенно при последних проходах); степени и кратности обжатия; скорости охлаждения между проходами; температуры смотки полосы.

Особенности кинетики рекристаллизации в процессе изотермических выдержек после горячей деформации создают широкие возможности для уп­равления величиной зерна и соответственно свойствами деформиро­ванного металла, т. е. можно разработать режимы последовательной деформации стали на непрерывных станах с регулируемым числом проходов и длитель­ностью меж деформационных пауз. Последние выбирают так, чтобы конец па­узы (начало деформации при очередном проходе) соответствовал заверше­нию первичной рекристаллизации после предшествовавшего прохода. Такой режим деформации обеспечивает последовательное от прохода к проходу измельчение величины зерна и соответствующее улучшение механических свойств.

Известно, что при критических степенях обжатия наблюдается резкий рост размера зерен. Если при прокатке стали для глубокой штамповки температура конца прокатки ниже точки , то критические обжатия вы­зывают увеличение размеров зерен металла, что приводит к ухудшению штампуемости. Наличие мелкозернистой структуры повышает предел теку­чести и снижает удлинение металла; в противоположность этому при круп­ном зерне на поверхности штамповок образуется чешуйчатая структура так называемая апельсиновая корка. Для получения равномерного и равноосного зерна и мелкодисперсного цементита относительное обжатие в пос­ледних клетях чистовой группы должно быть не менее 10%, температура конца прокатки выше критической точки , а температура смотки полосы в рулоны ниже 680°С.

Особенно жесткие требования предъявляются к температурным режимам конца прокатки и смотки полосы из раскисленных алюминием нестареющих сталей для глубокой вытяжки. В этих сталях оптимальная конечная струк­тура достигается при температурах конца прокатки 840880°С, т. е. выше , быстром охлаждении металла и смотке его в рулон при 540620°С.

Для стареющих сталей оптимальная температура конца прокатки 840900°С, температура смотки полосы в рулон 600650°С.

Для регулирования температуры полосы, при смотке в рулоны на цент­ральном рольганге непрерывных и полунепрерывных станов, между станом и моталками установлены душирующие устройства, которые подают воду через распылительные сопла на верхнюю и нижнюю поверхности выходящей из ста­на полосы. Душирующий рольганг располагается за последней клетью приб­лизительно на расстоянии 15-20 м. Требуемая температура полосы перед смоткой обеспечивается соответствующим количеством подаваемой воды.